胡迎花

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210046

0 引言

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的主要課程之一，作為專業(yè)基礎(chǔ)課在教學(xué)中占有重要的地位，該課程系統(tǒng)地闡述了機(jī)械原理及常用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法。然而這門課的理論性很強(qiáng)，一些抽象的概念和常用的機(jī)構(gòu)對(duì)于沒有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)甚至連見都沒見過的學(xué)生來說很難掌握。開展課程教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量是南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)改革一項(xiàng)重要舉措，本文結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中從教學(xué)方法、教學(xué)手段方面進(jìn)行了探索，在課堂教學(xué)中應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真輔助教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端

1.1 傳統(tǒng)的教學(xué)模式影響課堂教學(xué)效果

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法。上課前學(xué)生往往對(duì)機(jī)械設(shè)備知之甚少，尤其是對(duì)常用機(jī)構(gòu)部分缺乏感性認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是采用掛圖與模型，但對(duì)于常用機(jī)構(gòu)來說實(shí)物模型一般較為復(fù)雜，給上課帶來諸多不便，而且教材的變化較大，模型往往與教材相脫節(jié)，教師不能根據(jù)實(shí)際情況靈活選用教具，近年來雖已逐步采用多媒體教學(xué)，但多數(shù)只是采用簡(jiǎn)單的PPT，缺乏直觀性，教師無法在課堂上進(jìn)行演示，也不能隨意進(jìn)行反轉(zhuǎn)、拆卸、使學(xué)生觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，更不能充分展示動(dòng)態(tài)變化過程。

1.2 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)內(nèi)容較多，由于學(xué)生剛接觸機(jī)械專業(yè)知識(shí)，缺少實(shí)踐，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的一些零件及機(jī)構(gòu)都很陌生，?？圃盒５膶W(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)較差，上課時(shí)學(xué)生對(duì)部分較難的內(nèi)容不能很好理解，難以掌握，因而學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到挫傷，有的甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

2 基于Pro/E的機(jī)構(gòu)仿真輔助教學(xué)及其優(yōu)點(diǎn)

為了克服以往教學(xué)中的不足，提高教學(xué)效果，學(xué)期結(jié)束時(shí)我們?cè)趯W(xué)生中進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)一些知識(shí)只是簡(jiǎn)單的記憶，沒有真正理解，比如平面四桿機(jī)構(gòu)，由于學(xué)生空間想象能力不足和缺乏工程實(shí)踐，面對(duì)二維的圖紙學(xué)生無法想象出各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式，似懂非懂，遇到具體問題不會(huì)分析，還有的同學(xué)甚至不明白蝸輪蝸桿是如何傳動(dòng)的。為此，結(jié)合學(xué)院的課程教學(xué)改革，我們從教學(xué)方法、教學(xué)手段方面進(jìn)行了探索，提出了應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真輔助教學(xué)，我們將教材中出現(xiàn)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了篩選，把常用的典型機(jī)構(gòu)用Pro/E軟件做成模型并進(jìn)行仿真，同時(shí)對(duì)各種機(jī)構(gòu)組件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，生成元件庫，在教學(xué)過程中可隨時(shí)調(diào)用，組裝成不同的機(jī)構(gòu)。

這種全新的教學(xué)方法具有很大的優(yōu)點(diǎn)。首先，教師在Pro/E環(huán)境中可以隨意裝拆、放大，有利于加深學(xué)生對(duì)各種機(jī)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)及組成的理解，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況隨意旋轉(zhuǎn)、改變對(duì)模型的觀察方向，其真實(shí)感完全與現(xiàn)實(shí)中的零件一樣，最為重要的是Pro/E軟件能進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真，可以把各種復(fù)雜的機(jī)構(gòu)通過形象、生動(dòng)、逼真的動(dòng)畫演示以三維的形式直觀地展示給學(xué)生，克服了采用PPT教學(xué)中平面圖形的不足，從而使學(xué)生建立起良好的感性認(rèn)識(shí)；其次，Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司的主打產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)過程可以實(shí)現(xiàn)真正的相關(guān)性，任何修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有的相關(guān)對(duì)象。比如在講平面四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，利用模型仿真不僅可以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否滿足要求，同時(shí)還可以改變相應(yīng)的參數(shù)、或以不同的構(gòu)件為機(jī)架或調(diào)用不同長(zhǎng)度的連桿進(jìn)行裝配，讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示加以驗(yàn)證，改變了以往單純的教學(xué)方式，在課堂上真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)的互動(dòng)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又加深了印象。再比如學(xué)生對(duì)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較陌生，更難想象出機(jī)構(gòu)具體的運(yùn)動(dòng)情況，在課堂教學(xué)中采用Pro/E對(duì)零件直接進(jìn)行三維建模并用建好的模型進(jìn)行裝配及機(jī)構(gòu)仿真，能按需造型及修改模型，并直觀地顯示整個(gè)機(jī)構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)、各構(gòu)件之間的連接關(guān)系，使教學(xué)中的各知識(shí)點(diǎn)更加清晰、生動(dòng)、形象，大大提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。在講軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)軸上零件的定位和固定，學(xué)生也往往不能很好掌握，我們就預(yù)先繪制出各類軸上零件固定件，上課時(shí)則利用Pro/E對(duì)軸系各個(gè)零件進(jìn)行裝配，演示如何進(jìn)行齒輪的周向和軸向固定，軸的支承與固定，軸承如何裝配如何調(diào)整間隙，各零件之間的相互位置關(guān)系、零件的裝拆順序及零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)注意的問題等。通過動(dòng)態(tài)的演示能在較短的時(shí)間內(nèi)給學(xué)生正確的示范，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。

基于Pro/E軟件的輔助教學(xué)，通過模擬、仿真、動(dòng)畫技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以使一些在普通條件下無法實(shí)現(xiàn)或無法觀察的過程生動(dòng)地顯示出來，還能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象事物的理解，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)也使教學(xué)過程更為生動(dòng)，課堂氣氛活躍，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)實(shí)踐

針對(duì)全新的教學(xué)方法，我們?cè)?008級(jí)學(xué)生教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了嘗試和驗(yàn)證，并得到了一些經(jīng)驗(yàn)和啟示：

1）教學(xué)方法與手段改革是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，通過現(xiàn)代化技術(shù)手段的應(yīng)用，可以提高課堂的信息量和教學(xué)效率，應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真演示，提高了教學(xué)的直觀性，有利于在教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用。在期末考試中常用機(jī)構(gòu)部分的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生普遍掌握較好，失分較少。

2）學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程有了更完整更全面的了解，同時(shí)把學(xué)到的知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來，大大激發(fā)了學(xué)生的求知欲，從學(xué)期末的學(xué)生測(cè)評(píng)中看到，學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方式給予了很高的評(píng)價(jià)。

3）基于Pro/E軟件的教學(xué)方法有別與傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)中加入了虛擬的機(jī)構(gòu)動(dòng)畫，對(duì)于一般從沒接觸過工程實(shí)踐的學(xué)生來說，可大大增強(qiáng)對(duì)各種常用機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，但在剛開始介紹時(shí)應(yīng)將各機(jī)構(gòu)的工作原理先講解清楚。

通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)或配以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生快速掌握各種常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有非常重要的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

通過分析機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，在課堂教學(xué)中應(yīng)用Pro/E軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真輔助教學(xué)，教學(xué)實(shí)踐表明，這些教學(xué)方法、教學(xué)手段改革的舉措，可以激發(fā)學(xué)生的觀察力和想象力，提高學(xué)習(xí)的趣味性。不過在教學(xué)過程中教師的板書和分析依然不可缺少，所以在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)的教學(xué)方法和現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，并注意各種教學(xué)手段的相互穿插相互補(bǔ)充，這樣才能更好地提高教學(xué)質(zhì)量。

[1]祝凌云,等.Pro/Engineer運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析.人民郵電出版社,2004.

[2]李一民,等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).東南大學(xué)出版社,2009.